浅谈C51之位变量

2019-07-15 17:48发布

本帖最后由不是盖的于 2015-2-18 12:34 编辑

   对于从C51入门学习51单片机的初学者来说，对于位变量很多感到疑惑。位变量的定义对应什么内存，其操作特点是什么，跟普通的变量有什么区别。基于此，个人整理归纳发表此帖，表述不当或有误之处，欢迎批评指正。
      要具体了解位变量，我们还得从51内存结构入手，我们以8051为例。

   在片内，数据存储区RAM与特殊功能寄存器区SFR统一编址。地址00H 到7FH总共128单元是数据存储区RAM，地址80H到FFH总共128单元是特殊功能寄存器区。
   数据存储区RAM128个单元分为3部分
   其一是通用寄存器区，其地址为00H到1FH，共32字节单元。
   其二是位寻址区，其对应的地址是20H到2FH，共16字节单元，我们定义的bit的位变量或者bdata修饰的变量，其分配的内存就是在这16字节的位寻址区，也就是说，我们最多能定义128（8*16）个位变量。
   其三是用户RAM区，其地址为30H到7FH，我们定义的除了bit和bata其他变量，堆栈等都在这80字节单元内存里分配。
   我们这里重点讲一下位寻址区。位寻址区每个单元除了系统统一编排的地址外，如上面的20H到1FH，还为每个位编排位寻址地址，如下图。

      位寻址区第一单元的地址是20H，从其最低位开始位编址。
   即位寻址区第一单元的最低位的位编址是00H，第二位是01H，第三位是02H  .......最高位即第8位是07H。
   同样道理，寻址区第二单元的8个位对应的8个位编址是  08H，09H，0AH，0BH，0CH，0DH，0EH，0FH。如此类推。
   这样，位寻址区的16字节单元，每个字节有他的地址外，每个字节的每个位也有他对应的位编址。我们可以以字节访问，也可以以位为单元进行访问。除了位寻址区的位有位编址外，特殊功能区，凡是地址为8的倍数的特殊功能寄存器其每一位都有位编址。如下图

   P0寄存器的地址是80H，地址是8的倍数，每一位都有他的位编址，最低位为80H，第二位为81H，第三位为82H，。。。。
      同样的道理，定时器计数控制寄存器Tcon的地址为88H，他的第一位IT0的位编址是88H，第二位IEO的位编址是89H。。。。
我们看可以在reg51.h看到他们相应的位定义。
/*  BIT Register  */
/*  PSW */
sbit CY = 0xD7;
sbit AC = 0xD6;
sbit F0 = 0xD5;
sbit RS1  = 0xD4;
sbit RS0  = 0xD3;
sbit OV = 0xD2;
sbit P = 0xD0;
/*  TCON  */
sbit TF1  = 0x8F;
sbit TR1  = 0x8E;
sbit TF0  = 0x8D;
sbit TR0  = 0x8C;
sbit IE1  = 0x8B;
sbit IT1  = 0x8A;
sbit IE0  = 0x89;
sbit IT0  = 0x88;
/*  IE */
sbit EA = 0xAF;
sbit ES = 0xAC;
sbit ET1  = 0xAB;
sbit EX1  = 0xAA;
sbit ET0  = 0xA9;
sbit EX0  = 0xA8;
/*  IP */
sbit PS = 0xBC;
sbit PT1  = 0xBB;
sbit PX1  = 0xBA;
sbit PT0  = 0xB9;
sbit PX0  = 0xB8;
/*  P3  */
sbit RD = 0xB7;
sbit WR = 0xB6;
sbit T1 = 0xB5;
sbit T0 = 0xB4;
sbit INT1 = 0xB3;
sbit INT0 = 0xB2;
sbit TXD  = 0xB1;
sbit RXD  = 0xB0;
/*  SCON  */
sbit SM0  = 0x9F;
sbit SM1  = 0x9E;
sbit SM2  = 0x9D;
sbit REN  = 0x9C;
sbit TB8  = 0x9B;
sbit RB8  = 0x9A;
sbit ti = 0x99;
sbit RI = 0x98;
   说到这里，总结就一句话，位寻址区与地址为8倍数的特殊功能寄存器的每个字节单元有地址外，每个字节的每一位也有他的位编址。
我们可以以字节为单元进行访问，也可以以1位为单元进行访问。接下来我们来讲位变量操作和他的优点。
   在C51中用bit 和sbit定义位变量，bit 定义的变量是由编译器分配的，如果你想通过该位变量操作特定的内存，就可以用sbit，如我们re g51.h中定义的sbit TF1  = 0x8F;  0x8F就是位编址，通过TF1就能访问0x8F这个位单元。或者我们经常用的
sbit LED =P0^0; 我们编写一段代码帮助理解一下。
                                 代码.jpg

看一下他对应的汇编，没学过汇编的同学大概了解一下。
汇编.jpg

   从汇编代码我们可以知道，bdata 类型的变量bd系统分配的内存单元是20H，bit1分配的单元是21H的第一位，bit2分配的内存单元是21H的第二位，我们通过bd0,bd1访问变量bd的第一位和第二位。代码运行之后，我们查看其内存变化结果。
                           内存.jpg

   大家可以看得到，0x20单元的结果为0XFC，0x21单元运行完之后的结果是0X03,大家自己去理解解释，结果是验证我们之前的论述的。
   那么，位变量优点何在。位变量可以高效操作一个位单元。如下代码

   很简单，就一条单周期的指令就完成了。
   如果是普通变量，我们想把第一位置1，怎么做，如下代码
                         普通变量.jpg

我们查看一下他对应的汇编。
普通汇编.jpg

   普通变量实现单独操作某一位，是要读改写三步实现的。其代码效率与运行效率都远不及位变量操作。
      运用技巧：在编程中需要诸多标志位，比如8个，一种办法是定义8个unsigned char变量，这个办法简单，但比较笨，也耗内存，运行效率也不高，比如你要操作多个标志，就得一个个去操作。其二是定义一个unsingned char 变量，8个位每一个位对应一个标志，用或与操作。而对于51这种有位寻址的单片机，自然是首选位操作，简洁又高效。当然，他的缺点也是很明显，移植不便。个人见解，表述不当或有误之处，欢迎批评指正。谢谢！！！！！